Thermodynamique des systèmes chimiques

  • ECTS

    2 crédits

  • Composante

    Collège Sciences et Technologies pour l’Energie et l’Environnement (STEE)

  • Volume horaire

    19,5h

Description

Description du cours et modalités pédagogiques :

Le but de ce module est destiné à utiliser des notions de thermodynamique, introduites dans le cours de physique, à des systèmes sièges d’une réaction chimique.

Le cadre de l’étude est restreint aux réactions supposées (ou considérées) totales et l’essentiel des connaissances à acquérir porte sur le calcul du transfert thermique (chaleur) lors de ces réactions.

Il est donc nécessaire de préciser les grandeurs physico-chimiques liées à ces phénomènes.

 

Contenus des enseignements :

Premier principe de la thermodynamique appliqué au système chimique.

Modèles utilisés pour étudier les transformations

Réacteurs isobares ou isochores, réacteurs isothermes ou adiabatiques. Quantité de chaleur mise en jeu lors d’une évolution isochore ou isobare (transferts thermiques). (Modèles cités pour faire le lien avec le cours de physique)

Lien entre Energie de réaction et Enthalpie de réaction.

Grandeurs molaires standard de réaction

Etats standard d’un constituant pur : gaz parfait et état condensé ; grandeur molaire standard. (U°, H°, Cp°)

Système fermé siège d’une transformation physico-chimique.

Signe de H° : définition d’une réaction endothermique ou exothermique, (ou athermique).

Dans la suite du module, on privilégie l’étude des transformations isobares et donc l’enthapie par rapport à l’énergie interne.

Effets thermiques en réacteur isobare :

  • transfert thermique en réacteur isobare isotherme (relation H = Qp = .rH°, pour un ensemble de gaz parfaits et/ou de corps purs)
  • variation de température en réacteur adiabatique isobare (bilan enthalpique et échauffement du réacteur siège d’une réaction exothermique)

Détermination de grandeurs thermodynamiques appliquées à l’étude des systèmes chimiques

Déterminer une enthalpie de réaction grâce aux enthalpies de formation (loi de Hess) et grâce à un cycle thermodynamique. Savoir utiliser les tables thermodynamiques.

On définit les différentes enthalpies standard (combustion, de changement d’état, de liaison, réticulaire, d’attachement électronique, d’ionisation)

On détermine une enthalpie ou une énergie de réaction à une température donnée (Loi de Kirchhoff)

On détermine une température de flamme ou d’explosion adiabatique.

 

Le contenu de l’enseignement se répartit comme suit :

. Paramètres de description d’un système chimique – vocabulaire et définitions ;

. Application de premier principe de la thermodynamique aux réactions chimiques ;

. Définitions de grandeurs couramment utilisées en Thermochimie – Cycles thermodynamiques ;

. Exemples de bilans énergétiques dans des systèmes sièges d’une réaction chimique avec variation de température.

Lire plus

Objectifs

À la fin de cette UE/EC, vous serez capable de :

. Utiliser des tables de données pour déterminer une enthalpie de réaction grâce à un cycle thermodynamique (loi de Hess et loi de Hess généralisée) ;

. Mettre en œuvre, le calcul de l’énergie interne standard et l’enthalpie standard de réaction pour une température quelconque (loi de Kirchhoff). Ces deux grandeurs de réaction sont à la base de l’étude de la transformation chimique.

. Mettre en œuvre, sur les systèmes chimiques, la notion de bilan enthalpique pour accéder aux effets thermiques en réacteur isobare. (Le cas du réacteur isochore sera abordé sous forme d’exercice mais non développé)

Lire plus

Heures d'enseignement

  • Thermodynamique des systèmes chimiques - CMCours Magistral9h
  • Thermodynamique des systèmes chimiques - TDTravaux Dirigés10,5h

Contrôle des connaissances

Contrôle continu écrit intégral (100%)

Lire plus

Compétences visées

Bloc 1

Communiquer et collaborer

 

C 1.1. Maitriser les outils numériques

 

N/A

 

C 1.2. Collaborer et communiquer dans le cadre d'un projet scientifique

 

N/A

 

C 1.3. Développer la pratique d’une langue étrangère dans les domaines scientifiques

 

N/A

Bloc 2

Élaborer une démarche scientifique

 

C 2.1. Maitriser les techniques et les appareils de laboratoire

 

N/A

 

C 2.2. Concevoir et mettre en œuvre une démarche scientifique

 

N/A

 

C 2.3. Modéliser un phénomène physico-chimique

 

N/A

Bloc 3

Analyser en se reposant sur un socle de connaissances scientifiques

 

C 3.1. Développer un esprit critique sur les données expérimentales

 

Débutant

 

C 3.2. Relier un phénomène macroscopique aux processus microscopiques

 

Débutant

 

C 3.3. Mobiliser les concepts mathématiques dans les domaines physico-chimiques

 

N/A

Bloc 4

Construire son projet

 

C 4.1. Explorer le monde professionnel pour orienter son projet

 

N/A

 

C 4.2. Identifier sa responsabilité individuelle et collective au sein d’une structure professionnelle

 

N/A

Lire plus